引力波探测中的天体物理可观测量导论
高能天体物理现象
2019-06-11 v1
摘要
我们对宇宙的认知与理解主要建立在宽波段电磁辐射的观测之上。仅在过去二十年里，人们开发了新型探测器，利用其他形式的宇宙探子：能量高于 GeV 的单个光子、带电粒子与反粒子、中微子，以及最后的引力波。这些新“望远镜”带来了意想不到的突破。2016 与 2017 年见证了引力波天体物理与宇宙学的黎明，并获 2017 年诺贝尔奖。事件 GW150914（首次黑洞–黑洞并合）与 GW170817（两颗中子星并合，产生短伽马射线暴，并被各大洲及太空中超过 70 个天文台后续观测）堪称科学里程碑，每位物理学家（资深或求学阶段）都应领会。本文在通俗讨论引力波产生与传播之后，借助牛顿物理、量纲分析以及与电磁波的类比，探讨 GW150914 与 GW170817 可观测量（应变、引力波频率 与 ）的关键特征。目标是展示天体物理量（并合天体的初末质量、能量损失、距离、自旋）如何由可观测量导出。我们将两篇发现论文中完整广义相对论分析的结果与简略处理的输出进行比较。随后，从多信使天体物理角度讨论引力波观测的一些成果。
引用
@article{arxiv.1906.03643,
title = {An introduction to astrophysical observables in gravitational wave detections},
author = {Maurizio Spurio},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.03643},
year = {2019}
}
备注
This document contains (in a self-consistent way) most of the arguments included in Chapter 13 of the book: M. Spurio. Probes of Multimessenger Astrophysics: Charged cosmic rays, neutrinos, $\gamma$-rays and gravitational waves. Springer (2018). DOI: 10.1007/978-3-319-96854-4